日本首次開賣中國研發的15分鐘新冠檢測試紙，它是什麼原理？_風聞

【本文由公眾號“把科學帶回家”提供，ID：steamforkids】

在這場席捲全球的疫情中，鄰國傳來了好消息。

從本月16號開始，日本開始發售一種新冠快速檢測試紙，這種試紙只需要15分鐘就可以給出檢測結果，檢測精度為95%。

有了這種試紙以後，就可以在機場、火車站、學校或者工廠等人流量大的地方對疑似病人進行快速檢測。

這是日本首次銷售這種新冠檢測試紙。該試紙是日本化工巨頭倉敷紡績（Kurabo Industries Ltd）生產的，而研發單位則是該企業在中國的商業夥伴（倉敷紡績並沒有透露這個中國合作伙伴的名字）。

該試紙盒的價格是2.5萬日元，合1638元。倉敷紡績打算首先向研究和檢測單位供應這種試紙盒，產能預計能達到每天1萬份。

我們之前介紹過，新冠病毒的核酸檢測過程比較複雜（點我查看詳情），需要受過訓練的專業人士操作，從取樣到給出結果要花數小時。和病毒核酸檢測相比，這種試紙更為經濟高效。

被新冠病毒感染後，人體會產生特異性的抗體 IgG。

但是，快速檢測試紙並不檢測病毒核酸本身，而是檢測人體是否出現了針對新冠病毒的抗體 IgG。

IgG 的發音是愛GG，也叫免疫球蛋白G，是人的血液中含量最高的一類免疫球蛋白，它具有特異性，也就是説不同的病毒（或其他什麼病原體）會誘發人體產生配套的 IgG。

倉敷紡績的新冠抗體 IgG 檢測試紙操作和結果示意圖 圖片來源：倉敷紡績

如果你身體裏出現了新冠病毒的 IgG，那就説明你GG了感染了新冠病毒，那麼你就會看到試紙上出現了中隊長的雙槓；反之如果沒有中招，就會看到小隊長的單槓，這和普通的驗孕棒有點像。

回到我國。實際上，國家藥監局在2月22日就應急審批通過了3家企業的檢測產品，其中就包括原理類似的2種試劑盒。

浙江東方基因生物製品股份有限公司也在最近公佈了新型冠狀病毒 IgM/IgG 抗體檢測試紙（膠體金法）。根據東方基因的説法，目前全世界有20個國家向其訂購了試紙。

這種原理，就叫做側流免疫層析技術（LFIA）。日本的這種試紙屬於夾心一步法的側流免疫層析技術。夾心法的側流免疫層析技術被廣泛用於血液、乳汁、尿液、血清、植物的汁液以及食品中特定化合物的快速檢測。我們具體來看看它的原理。

當你的血液樣本被滴在試紙盒上時，首先會被過濾一波。多層纖維會過濾掉更大的紅血球。

你可能會問，為什麼要過濾紅血球？這是因為防止紅色的紅血球干擾檢測結果，也就是那兩根紅線。

接着，滴入緩衝液。緩衝液會推動血漿沿着試紙向前方的膠體金墊擴散（層析）。

顧名思義，膠體金墊上有金，不過這是一種特殊的納米金——膠體金標記試劑（gold conjugated antibodies）。膠體金標記試劑就是頭頂檢測物質的納米金顆粒，它們可以和新冠抗體 IgG 結合，成為金標結合物。

湧來的血漿中的物質（白色）和膠體金墊上的膠體金標記試劑（紅色）接觸，新冠抗體 IgG 會和納米金顆粒上的分子結合。

接着，金標結合物會順應毛細作用，向試紙另一端擴散。

圖片來源：proteometech

流着流着，它們就會經過兩排站崗檢測的物質——檢查線和對照線。

檢查線和對照線是能夠捕捉膠體金的不同物質。成功捕捉後，它倆就會顯色變紅，這樣就可以給出檢測結果了。

攜帶新冠抗體 IgG 的納米金顆粒（有紅球的Y）被檢查線（藍色和綠色的Y）攔截。這裏有兩種檢查線是因為檢查了兩種不同的抗體。日本的試紙只檢查一種。

其中，檢查線是專門為新冠病毒 IgG 抗體準備的。在檢查線上，新冠病毒 IgG 抗體可以和檢查線結合，而 IgG 還吸着納米金小球球呢，所以納米金就在檢查線上聚集起來，使檢查線發紅。

新冠抗體 IgG （類似狗骨頭的短棒）和檢查線上的特異性物質（紅色凸起）結合，並和納米金標記試劑（紅色圓球）結合。納米金聚集，使檢查線發紅。

如果沒有新冠病毒 IgG 抗體經過，那麼就不會有納米金在檢查線上聚集，檢查線自然也不會發紅。

對照線（紫色）可以和多餘的納米金顆粒（黑紅頭的）結合，如果對照線發紅，説明操作無誤。

被檢查線攔下一波後，剩餘的納米金小球球繼續往前流動，被對照線攔截。如果對照線變紅，就説明前方檢查線攔下的納米金小球球確實是因為新冠 IgG，而不是因為什麼奇怪的原因集體卡在那邊過不來。

當然，如果只有對照線變紅，而檢查線沒有變紅，那就説明測試本身合規，但樣本是陰性的。

你可能想問，為啥用的是金，但是檢查線和對照線卻是紅色的而不是金色的呢？

實際上，這種紅色是一個特殊的物理現象——表面等離子共振（surface plasmon resonance）的結果。

金屬有一種特別的性質，那就是入射光會被金屬表面的電子吸收，這些電子會發生共振，形成表面等離子體（surface plasmon），並反射出相應波長的光。

對於金這種元素來説，如果金納米顆粒直徑很小，比如在30納米左右，那麼表面等離子體就會吸收波長為450納米的光，反射光看起來就是紅色的。

反之，如果直徑變大，那麼紅光會被吸收，反射光看起來就偏藍。如果金納米顆粒直徑更大，那麼表面等離子體吸收的波長就進入紅外區域，反射的是大部分可見光，這種情況下金納米顆粒看起來就是透明的。

不同直徑的金納米顆粒的顏色和金箔（右）的對比 圖片來源：sustainable nano

在側流免疫層析法中，使用的金納米顆粒直徑比較小，它們反射的是紅光。不過在濃度比較低的情況下，它們的紅色看起來並不濃豔。

這也是檢查線和對照線是條狀的原因。條狀線可以把金納米顆粒聚集起來，變成一條紅槓。

要注意的是，雖然檢測很快很方便，夾心一步法側流免疫層析試紙也有不少缺點。

首先，如果被檢測的病人體內的抗原（如病毒）濃度過高，反而會給出陰性的結果，奇怪吧。

這種假陰性被叫做鈎狀效應（hook effect），它也是側流免疫層析法的老毛病了。為了對抗鈎狀效應，現在出現了一種大隊長試紙——三條槓，它利用的是競爭免疫反應。相信小學生不會有興趣的我就不講了。

其次，日本的這種試紙檢測的 IgG 抗體是在人體發生感染後的一段時間出現的，所以不太適合感染初期的檢測（出現時間稍早的 IgM 抗體也一樣）。

新冠抗體IgM和IgG的出現時間和峯值示意圖 圖片來源：pharmact-health.com

也是因為這個原因，初期的新冠病毒感染還是要依靠核酸檢測。2月24日，華大基因下屬子公司深圳華大因源總經理陳唯軍在接收財新採訪時表示，在新冠肺炎病人發病早期，核酸檢測方法仍是最有效的檢測途徑，“人體感染新冠肺炎後，並不會立即產生抗體。膠體金法抗體檢測並不適合早期篩查。”

但好消息是，由於 IgG 抗體在感染髮生後可以持續多年，為人體提供多年保護，所以 IgG 抗體檢測可以充當事後諸葛亮的作用，和核酸檢測互補。

目測在日本馬上要出現一批奇怪的精神小夥，他們拿着一根奇怪的棒棒，互相關切地詢問：“你有了嗎？”